So funktionieren die Sensoren im Fitness-Tracker

Noch vor ein paar Jahren waren Fitnessarmbänder im Grunde verherrlichte Schrittzähler, die man am Handgelenk trug. Mittlerweile messen sie Ihre Herzfrequenz beim Laufen und warnen Sie, die Sonne zu meiden. Und sie sind überall. Jedes Unternehmen, von Fitbit über Jawbone bis hin zu Microsoft, stellt mittlerweile ein ziemlich fortschrittliches Stück am Handgelenk getragener Technologie her – und das alles mit dem Versprechen einer besseren Gesundheit.

Aber was steckt überhaupt in diesen Dingern?

Auch wenn Fitnessbänder im Vergleich zu vollwertigen Smartwatches recht einfach sind, werden sie durch die wachsende Zahl an darin vollgestopften Sensoren zu komplexen Laboratorien am Handgelenk. Microsofts Band wirbt beispielsweise mit 10 verschiedenen Sensoren in dem winzigen Paket. Da die Erwartungen höher denn je sind, werden die Bands immer technisch anspruchsvoller und es wird kompliziert, sich zu behaupten.

Das sind die Sensoren im Inneren, die dafür sorgen, dass es geschieht.

Beschleunigungsmesser

Der am häufigsten verwendete und einfachste Tracker ist der Beschleunigungsmesser. Es kann für mehrere Zwecke verwendet werden, wird jedoch normalerweise zum Zählen von Schritten eingesetzt. Durch die Messung der Ausrichtung und der Beschleunigungskraft können sie feststellen, ob das Gerät horizontal oder vertikal ist und ob es sich bewegt oder nicht.

Nicht alle Beschleunigungsmesser sind gleich. Sie finden sowohl digitale als auch analoge Modelle, unterschiedliche Empfindlichkeiten und eine unterschiedliche Anzahl von Achsen. Die ganz einfachen Sensoren verfügen nur über zwei Achsen, während dreiachsige Sensoren ihre Position in drei Dimensionen messen können. Derzeit verwenden die meisten Fitness-Tracker ziemlich fortschrittliche Beschleunigungsmesser, um die Genauigkeit zu erhöhen.

GPS

GPS ist eine jahrzehntealte Technologie, aber ihr Einsatz in Fitnessbändern ist relativ neu, da die Chips werden immer effizienter – niemand möchte ein riesiges Armband am Handgelenk haben, um einen Riesen unterzubringen Batterie.

Das globale Positionierungssystem a besteht aus einem Netzwerk von insgesamt 29 Satelliten, die die Erde umkreisen. An jedem Ort sollte sich eine Person in der Reichweite von vier Satelliten befinden, die zur genauen Standortbestimmung erforderlich sind.

Der GPS-Empfänger empfängt ein hochfrequentes Funksignal mit geringer Leistung von den Satelliten. Die Zeit, die ein Signal benötigt, um Ihr Handgelenk zu erreichen, kann in Ihre Entfernung vom Satelliten umgerechnet werden, die sich mit Daten von genügend Satelliten in präzise Koordinaten umrechnen lässt. GPS-Chips können den Batterieverbrauch immer besser bewältigen, aber GPS verbraucht im Vergleich zu anderen Sensoren immer noch ziemlich viel Strom.

Im Gegensatz zur einfachen Schrittzählung ermöglicht GPS Läufern, Walkern und Radfahrern, ihre Übungen einfach zu kartieren und das Gelände zu analysieren, in dem sie sich bewegt haben.

Optische Herzfrequenzmesser

Im Gegensatz zum EKG, das ein Arzt möglicherweise zur Messung Ihrer Herzfrequenz verwendet, misst ein optischer Herzfrequenzmesser Ihre Herzfrequenz mithilfe von Licht. Eine LED scheint durch die Haut und ein optischer Sensor untersucht das zurückgeworfene Licht. Da Blut mehr Licht absorbiert, können Schwankungen des Lichtniveaus in die Herzfrequenz übertragen werden – ein Prozess, der Photoplethysmographie genannt wird.

Derzeit ist die Verwendung eines optischen Herzfrequenzmessers am Handgelenk einfach nicht so genau wie die Verwendung eines solchen an der Fingerspitze oder auf der Brust. Die an der Brust getragenen Modelle ähneln eher einem EKG-Gerät.

Auch bei der Photoplethysmographie gibt es viele Nuancen, sodass es von Marke zu Marke mehr Unterschiede geben wird. Beispielsweise muss jedes Band den Hautton ausgleichen. Auch wenn die Hersteller teilweise hohe Angaben machen, kann die Genauigkeit der Ergebnisse erheblich schwanken. Diese sind nicht für Profisportler gedacht, sondern werden eher zur allgemeinen Herzfrequenzmessung verwendet – insbesondere für diejenigen, die am Handgelenk getragen werden.

Galvanischer Hautreaktionssensor

Galvanische Hautreaktionssensoren messen die elektrische Konnektivität der Haut. Wenn innere oder äußere Kräfte Erregung jeglicher Art hervorrufen, wird die Haut zu einem besseren Stromleiter. Wenn Sie anfangen zu schwitzen, sei es beim Training oder aus anderen Gründen, kann das Band dies im Wesentlichen überwachen.

Durch die Erkennung, wenn jemand schwitzt, erhält die Software mehr Informationen darüber, was ein Benutzer tut, was eine bessere Gesundheitsüberwachung ermöglicht. In der Lage zu sein, das Aktivitätsniveau mit einer anderen Quelle als nur der Schwerkraft des Beschleunigungsmessers zu korrelieren, ermöglicht es diesen Programmen, eine eher Trainer-ähnliche Rolle einzunehmen – indem sie spezifische Übungen und Niveaus empfehlen Anstrengung.

Thermometer

Selbst ein einfaches Thermometer kann wertvolle Informationen über Ihre Hauttemperatur liefern. Eine steigende Hauttemperatur kann für ein Fitnessband ein Hinweis darauf sein, dass Sie sich anstrengen, oder, wenn Ihre Herzfrequenz nicht entsprechend ansteigt, dass Sie möglicherweise krank werden.

Umgebungslichtsensoren

Umgebungslichtsensoren sind überall um uns herum. Beispielsweise weist man Ihr Telefon an, den Bildschirm nachts zu dimmen und ihn in der Sonne aufzuhellen. Ein Fitness-Tracker nutzt es zum gleichen Zweck und zur Erkennung der Tageszeit.

Durch die Funktionsweise eines Umgebungslichtsensors wird das Lichtspektrum eingeengt, sodass nur für das menschliche Auge sichtbare Lichtformen erfasst werden. Dieses Licht wird in ein digitales Signal umgewandelt und dem Prozessor im Band zugeführt.

UV-Sensoren

Aber was ist mit anderen Formen von Licht? Anstatt Ihrem Fitnessband mitzuteilen, wie hell es um Sie herum ist, teilen UV-Sensoren ihm mit, wann Sie möglicherweise schädliche UV-Strahlung absorbieren – normalerweise von der Sonne. Eine Software vergleicht diese Daten mit den von Wissenschaftlern als schädlich erkannten Werten und wärmt Sie auf, sich von der Sonne fernzuhalten, wenn die Gefahr eines Sonnenbrandes besteht.

Bioimpedanzsensoren

Das neue UP3-Armband von Jawbone nutzt einen einzigen Bioimpedanzsensor, um drei Basen abzudecken: Herzfrequenz, Atemfrequenz und galvanische Hautreaktion. Laut firmeneigenem Blog Post Er erklärt die Technologie: „Der Sensor misst sehr kleine Impedanzänderungen in Ihrem Körper. Für die Herzfrequenz messen wir die Impedanzänderungen, die durch das Blutvolumen entstehen, das in den Ulnar- und Radialarterien fließt.“

Der gleiche Sensor, der um das Handgelenk getragen wird, kann auch Atmung und Flüssigkeitszufuhr anhand von Messwerten wie dem Sauerstoffgehalt im Blut erkennen. Dies geschieht durch die Verwendung von vier Elektroden, die sich gegenseitig ein winziges Stück elektrische Energie zuführen, und anschließender Messung der Ergebnisse.

Abschluss

Diese Sensoren versorgen ein Fitnessarmband möglicherweise mit Unmengen an Daten über Ihre Herzfrequenz, Körpertemperatur und sogar Ihre Höhe, aber ohne Software, die diese in nützliche Ratschläge umwandelt, ist das nicht viel wert. Ob Sie Krankheiten vorhersehen oder Sie dazu anspornen, morgen mehr Sport zu treiben – all diese Sensoren funktionieren zusammen, die wirklich ein klares Bild Ihrer heutigen Gesundheit vermitteln und was Sie tun können, um sie zu verbessern morgen.

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